第四章 非均相物系的分离 (课件）-《化工单元操作》同步教学（化学工业出版)

第四章 非均相物系的分离 第四章 非均相物系的分离 第一节 非均相物系分离的主要任务 均相物系—物系内部各处的物料性质均匀一直，而且不存在相界面。 非均相物系—物系内部有隔开两相的界面存在，而且界面两侧的物料性质截然不同。 分散相（分散物质、分散内相）；连续相（分散介质、分散外相）； 非均相物系分类（根据连续相的不同）： 液相非均相物系如：悬浮液、乳浊液、泡沫液。 气相非均相物系如：含尘气体、含雾气体。 一、非均相混合物的分离在工业中的应用 1．收集分散相 2．净化连续相 3．环境保护和安全生产 二、非均相混合物的分离方法 利用机械方法分离非均相物系，按其所涉及的流动方式不同，可分为过滤和沉降两种操作。 第二节 过滤 一、过滤的基本概念 1.过滤及过滤推动力 过滤—以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的单元操作。 过滤推动力—过滤介质两侧的压力差。 增大推动力的方法： ①增加悬浮液的高度→重力过滤； ③介质下方抽真空→真空过滤。 ②增加悬浮液上方的压力→加压过滤； 2.过滤介质 过滤过程所用的多孔性介质称为过滤介质。 其作用：支撑滤饼或截留颗粒，使滤液通过。 过滤介质应具有下列条件： a）多孔性，孔道适当的小，对流体的阻力小，又 能截住要分离的颗粒。 b）物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。 c）足够的机械强度，使用寿命长。 d） 价格便宜。 工业常用过滤介质主要有： ①织物介质 — 滤布（织物、网），截留的粒径5μm以上，工业应用广泛。 ②堆积介质—固体颗粒或纤维等堆积，适用于深层过滤。 ③多孔固体介质—具有微细孔道的固体，截留粒径1～3μm的微细粒子。 ④微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜状多孔介质 。适用于滤除0.02～10μm的混悬微粒。 3.过滤方式 工业上的过滤操作主要分为饼层过滤和深床过滤。 ①饼层过滤 固体沉积物在介质表面堆积、架桥而形成滤饼层。 滤饼层是有效过滤层,截留的固体颗粒。 适用于：处理固体含量较高的混悬液。 ②深层过滤 过滤介质是较厚的粒状介质的床层,过滤时悬浮液 的颗粒沉积在床层内部的孔道壁面上,而不形成滤饼。 适用于：生产量大而悬浮颗粒粒径小或是粘软的絮状物。 4、滤饼的压缩性和助滤剂 （1）滤饼的压缩性 滤饼 不可压缩滤饼: 颗粒有一定的刚性，挤压不变形。 可压缩滤饼: 颗粒比较软，挤压变形，使滤饼中 的流动通道小，阻力增大。 （2）助滤剂 助滤剂—具有一定刚性的颗粒或纤维状的固体。加入助滤剂可减少可压缩滤饼的流动阻力 助滤剂加入方法： 预涂法：用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进行过滤，并在过滤介质上形成一层 由助滤剂组成的滤饼。 掺滤法：将助滤剂混在滤浆中一起过滤。 二、过滤操作过程 工业上过滤操作过程一般是由过滤、洗涤、去湿和卸料四个阶段组成的。 1．过滤 悬浮液通过过滤介质成为澄清液的操作过程。 2．洗涤 通常要用水（或其他溶剂）进行滤饼的洗涤，以回收滤液或除去滤饼 中可溶性杂质，以净化固体产品。 3．去湿 常用的去湿操作是用压缩空气吹干，或用减压吸干滤饼中的湿分。 4．卸料 是将去湿后的滤饼从滤布卸下来的操作。 三、过滤设备 过滤悬浮液的设备称为过滤机。按照操作方式可分为间歇过滤机和连续过滤机；根据 过滤推动力产生的方式可分为压滤式、吸滤式和离心式。 1.板框压滤机 其结构如图4-3所示。 优点：结构简单，制造容易，设备紧凑，过滤面积大而占地小，操作压强高，滤饼含水少， 对各种物料的适应能力强。 缺点：间歇手工操作，劳动强度大，生产效率低 2.转鼓（筒）真空过滤机 优点：能连续自动操作，省人力，生产能力大，适用于处理易含过滤颗粒的浓悬浮液。 缺点：附属设备较多，投资费用高，过滤面积不大。过滤推动力有限，不易过滤高温 的悬浮液。 四、影响过滤操作的因素 过滤操作要求有尽可能高的过滤速率。过滤速率是单位时间内得到的滤液体积。过滤 过程中影响过滤操作的因素很多，主要表现在以下几个方面： 1．悬浮液的性质 2．过滤的推动力 3．过滤介质与滤饼的性质 第三节 沉 降 一、重力沉降 重力沉降：粒子在重力作用下，沿重力方向的沉积运动的过程。 离心沉降：粒子在离心力作用下，沿离心力方向的沉积运动的过程 1．自由沉降和沉降速度 （1）球形颗粒的自由沉降速度 ①沉降颗粒的受力分析 图4-7静止流体中颗粒受力示意图 设球形颗粒的直径为 ,颗粒密度为 ,流体的密度为 ,则 重力 浮力 根据牛顿第二定律